Российские ученые нашли эффективный способ стимулирования нейронов мозга без операции

Материаловеды Томского политехнического университета (ТПУ) в составе научной коллаборации разработали биосовместимые наночастицы, которые способны под действием слабых магнитных полей стимулировать работу нейронов головного мозга без хирургических вмешательств и имплантатов. Новая технология закладывает основы нового, неинвазивного подхода к лечению неврологических заболеваний.

Для нейромодуляции клеток и тканей в современной медицине используют имплантируемые металлические электроды. Однако такая процедура может вызывать инфекции, травмировать ткани, а сами электроды — отторгаться организмом. В качестве безопасной альтернативы ученые рассматривают биосовместимые магнитоэлектрические наночастицы.

Путем микроволнового гидротермального синтеза авторы создали биосовместимые наночастицы размерами менее 30 нм (это в сотни раз меньше клеток крови — ред.), состоящие из суперпарамагнитного ядра, сложенного ферритом марганца, и бессвинцовой оболочки из титаната бария. Меняя параметры синтеза — температуру, концентрацию щелочи и длительность реакции, исследователи научились управлять структурой наночастиц.

«Благодаря особой технологии синтеза мы научились точно настраивать свойства оболочки. Это позволило усилить магнитоэлектрический эффект — способность превращать магнитное воздействие в электрический сигнал, который «понимает» нервная клетка», — рассказал руководитель исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Роман Чернозем.

Результаты показали, что наиболее перспективными являются наночастицы, синтезированные при температуре 185 °C. Они под действием слабого магнитного поля в три раза усиливают приток ионов кальция в нейроны (это один из ключевых механизмов, лежащий в основе работы нервной системы, памяти и пластичности синапсов — ред.). Кроме того, такие частицы активировали на 20 % больше нервных клеток по сравнению с аналогичными частицами, полученными при других условиях.

«Тесты подтвердили полную безопасность наших наночастиц для клеток при концентрациях до 30 мкг/мл. Такого объема достаточно для эффективной терапии. Новую технологию можно легко адаптировать под конкретную клиническую задачу: от лечения боли до восстановления после инсульта. В будущем такие наночастицы могут стать основой для терапии депрессии, лечения нейродегенеративных заболеваний (болезней Паркинсона и Альцгеймера), а также восстановления нервных волокон. В скором времени мы приступим к in vivo исследованиям на животных», — отметил директор международного научно-исследовательского центра «Пьезо и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Роман Сурменев.

В исследовании приняли участие ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха, Центра био- и медицинских технологий Сколтеха, ТГУ, Института катализа им. Борескова СО РАН, Федерального медико-биологического агентства и Института цитологии и генетики СО РАН.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации